基于水足迹的河南省农业水资源利用研究

2018-07-24

许昌学院学报 2018年6期

(许昌学院城乡规划与园林学院，河南许昌 461000)

随着经济、城市化的快速发展以及人们生活水平的提高，水资源供需矛盾日益突出.Allan[1]等提出的水足迹理论从经济角度将实体水和产品中虚拟水连接起来，能有效解释人类活动与水资源消耗的隐性关系[2]，为水资源评价提供了新视角[3].国外研究体现在大尺度的计算[4]以及水资源安全[5]等方面；国内研究集中在典型地区水足迹的计算与分析[6]、某一农产品水足迹计算[7]等方面.相关研究表明[8]，农业用水占到用水总量70%以上.河南省作为我国的农业大省，多年平均水资源总量为437.13×108m3，人均水量和亩均水量分别为全国的1/5和1/6[9]，加上近年来人口增长和消费模式的改变，水资源供需关系日益严峻.基于此，本研究从农业水足迹角度分析河南省各地市农业水资源利用效益，以期为河南省农业水资源持续利用提供参考.

1 研究区概况

河南省位于北纬31°23′～36°22′、东经110°21′～116°39′之间，处于北亚热带和暖温带地区.全省多年平均气温为12～16 ℃，年降水量600～1000 mm，降雨量约50%集中在夏季，年均日照1 285.7～2 292.9 h，无霜期201～285 d，为多种作物的生长提供适宜的水、热、气等条件.2015年河南省农业总产值7 641.3×108元，居全国第二位，其中粮食、油料、水果、肉类、烟叶产量分别占全国产量的9.7%、16.9%、9.7%、8.2%、10.1%.2015年全省水资源总量287.2×108m3，占全国总量的1.03%，人均水资源量占全国人均14.89%.

2 研究方法

2.1 数据来源

本文数据来源于2007～2016年河南省统计年鉴、2006～2014年河南省水资源公报、2016年中国统计年鉴，以及国内关于农畜产品单位质量虚拟水含量的相关研究成果等.

2.2 计算方法

2.2.1 农业水足迹的计算

根据水足迹定义，农业水足迹等于研究区农业水资源利用量加上输入的农畜产品虚拟水量，再减去输出的农畜产品虚拟水含量，表达式为：

AWF=WFi+WFe=(AWU-AVe)+(AVi+AVe,r),

(1)

式中：AWF为农业水足迹；WFi是内部水足迹，为生产研究区农畜产品和服务所消耗的水资源量之和减去该区域输出的虚拟水量AVe；WFe是外部水足迹，为该区域消费的进口的农畜产品虚拟水量AVi减去向外输出的进口农畜产品再出口的虚拟水量AVe，r，即研究区的农业水足迹等于农业生产用水量与农畜产品虚拟水贸易量的和.

(1)农业生产用水量

(2)

其中，Pi为第i种农畜产品的产量(kg)，VWCi为第i种农畜产品的单位虚拟水含量(m3/kg).

(2)农畜产品贸易量

由于河南省的贸易数据统计粗略，缺乏详细的农畜产品贸易量，故此本文采用间接估算法，即通过对比产品生产数据以及居民的消费数据，假设某种农畜产品的消费数据大于生产数据时，其差额为进口贸易量，反之为出口贸易量.农畜产品消费数据由2007-2016年的河南省统计年鉴整理而得.

2.2.2 农业水资源利用指标

基于农业水足迹的农业水资源利用研究，主要通过表征水资源利用效率的农业水足迹强度和区域水资源紧缺状况的水资源匮乏度两个指标展开分析.

(1)水资源匮乏度

水资源匮乏度是指区域的农业水足迹与区域可更新水资源量的比值，数值越大，表明地区缺水越严重.

(3)

(2)农业水足迹强度

农业水足迹强度是农业水足迹与地区总产值的比值(m3/104元)，是反应农业水资源利用效率高低的指标，农业水足迹强度越小，水资源利用率就越高.

(4)

3 结果与分析

3.1 农业水足迹及其结构

图1 10 a平均农业水足迹结构

河南省农作物虚拟水借鉴国内相关成果，由公式(1)、(2)计算农业水足迹并将其分成粮食、经济作物、畜产品、水产品等四类，得到河南省各地2006～2015年的10a平均农业水足迹结构组成(图1).

河南省农业水足迹10 a净增长33.54×108m3，农业水足迹最高的是南阳市，其后依次为郑州市、周口市、驻马店市，最低的是济源市.南阳市10 a平均常住人口1 007.4万人，比郑州市多164.9万人，位居全省第一；食物消费结构方面，南阳市粮食与畜产品消耗量全省最高，粮食占农业水足迹总量45%，畜产品占30.5%，其中人均牛肉消耗1.082 kg/a，仅次于信阳1.686 kg/a和郑州1.378 kg/a，居全省第三，而畜产品中牛肉的虚拟水含量最高.另外，由图1可知，郑州市与周口市的农业水足迹分别为296.2×108m3和295.9×108m3，两地区的粮食、经济作物、畜产品结构分别为25.7838.0029.88和45.1525.6923.90，研究期内平均常住人口为842.5万人和924.8万人，郑州以较少的人口数量和偏高的畜产品及经济作物消耗得到与人口数量与粮食消耗较多的周口市相当的农业水足迹总量.综合分析可知，影响农业水足迹的主要因素是区域的人口数量和食物消费结构.

3.2 农业水资源利用时空分析

3.2.1 时间序列变化

河南省各地级市农业水资源匮乏度普遍增加(图2)，平均增高53.89%，而农业水足迹强度下降显著(图3)，这表明各地市水资源利用效率明显提升，但区域的发展水平差异显著.其中，驻马店的降幅最多，10a间减少399.89 m3/104元，年均降低率达到7.09%;其次是周口,年均降低率为6.99%；这说明水自然条件相对较好的地区通过采取合理的发展策略、调整产业结构等措施充分提高了水的利用效率.

图2 水资源匮乏度时间序列

图3 农业水足迹强度时间序列

3.2.2 空间聚类分析

根据系统聚类的原理，用SPSS18.0对河南省农业水足迹强度及水资源匮乏度进行系统聚类分析，采用欧式距离法进行分类，再利用ARCGIS10.2绘制聚类结果的空间分布(图4).

图4 河南省农业水足迹强度及水资源匮乏度空间聚类

从图4(a)可知，农业水足迹强度南北差异明显，水资源利用效益较好的有郑州、许昌、焦作、济源、洛阳、三门峡等地，其中郑州农业水足迹强度仅为72.59 m3/104元，驻马店、信阳、周口三地的农业水足迹强度为5类，水资源利用有较大的提升空间.图4(b)表明，郑州的水资源匮乏度高达305.49%，信阳、三门峡、南阳、驻马店、济源的水资源匮乏度相对较低，其中信阳、三门峡、南阳三地区的水资源匮乏度分别为51.78%、51.65%和76.65%，全省13个地市的水资源匮乏度超过100%，表明河南省各地市水资源分配不均且整体缺水.

3.3 农业水足迹与经济的关系

图5 可知，2006～2015年间，河南省GDP、第一产业稳步增长的同时农业水足迹增长缓慢.其中，2006～2011年，河南省实体水资源量大于农业水足迹，对应的产值相对较低，但GDP以16.83%、第一产业以11.42%的增长率快速发展，表明这一时期水资源的供给基本可以满足经济发展的需求；2011～2015年，河南省实体水资源量低于农业水足迹，同时GDP增长率仅为8.21%，第一产业增长率为4.65%，明显低于上一时段，即水资源供给已经影响到经济发展的速度，此时虚拟水发挥重要作用.

4 结论

运用水足迹理论，对河南省2006～2015年18个地市的农业水资源利用效率进行分析，结果表明，河南省农业水足迹总量增长缓慢；水资源分布的空间差异明显，属于水资源紧缺地区.全省农业水资源效益从2006年的1 805.02 m3/104元降低到2015年的991.22 m3/104元，水资源利用效率大幅提高，其中驻马店市最显著，其次为周口.同时，农业水足迹与产值的关系表明，水资源的有效供给是经济增长的有力保障.